CN2927444Y - 等离子点火大功率开关电源 - Google Patents

Abstract

一种等离子点火大功率开关电源，用于在煤粉锅炉中直接点燃煤粉的等离子发生器提供大功率直流电源；本电源结构形式为多组开关电源并联；输出为高电压、大电流；多组并联的均流方式为主从方式；单组电源的控制模式为平均电流模式；采用功率冗余技术，提高可靠性；具有恒电流的特性；体积减小，重量减轻；工作频率高，响应速度快；损耗很小，工作效率高；单组电源采用模块化设计，扩展容易。

Description

等离子点火大功率开关电源

所属技术领域

本实用新型涉及一种在煤粉锅炉点火、稳燃、助燃时直接点燃煤粉用等离子点火大功率开关电源，是《燃煤锅炉等离子无油点火燃烧系统》的主要设备之一。

背景技术

目前电站燃煤锅炉启动时通用的点火方式是：先用点火装置点燃油燃烧器进行升温、升压，当锅炉各相关参数达到投粉要求时，启动制粉系统和煤粉燃烧器，实现带负荷运行；当锅炉负荷降低到50％左右时，还须投油稳燃才能保证锅炉正常运行。据统计，电力系统每年用于电站锅炉点火，稳燃，助燃用油高达近千万吨，占全国总燃油量的15％，价值数百亿元，消耗了大量燃油资源。

近几年来，国内外一些科研单位和企业，致力于研究等离子点火系统用于燃煤锅炉的点火和稳燃。其等离子点火燃烧装置在一些电厂得到运用，但也存在不少问题，在等离子电源上存在的主要问题是：其使用的电源为可控硅整流电源，需要大功率的工频隔离变压器和电抗器，庞大而笨重；可控硅整流电源的电力电子器件工作在工频，响应速度慢；隔离变压器和电抗器的体积大，工作频率低，损耗大，造成电源的效率偏低。

发明内容

为了克服现有等离子点火电源的上述问题，本实用新型提供一种高电压、大电流的大功率开关电源，采用多组开关电源并联的工作方式，功率扩展容易；采用功率冗余技术，提高可靠性；输出为高电压、大电流；采用PID控制PWM的脉冲宽度；采用主从方式均流；输出为恒流特性。由于采用了上述技术，本实用新型可以达到如下效果：体积减小，重量减轻；工作频率高，响应速度快；损耗很小，工作效率高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种等离子点火用高电压、大电流的大功率开关电源，采用多组并联的方式；单组电源采用模块化设计，扩展容易；多组并联的均流方式为主从方式；单组电源的控制模式为平均电流模式；采用功率冗余技术，提高可靠性。

采用多组并联的方式，这并不是简单地将多个电源的输出端接在一起，儿个结构相同的电源并联运行时，输出端连接在一起，输出端电压被强制相等，由于各自参数的分散性，使得有的电流较大，有的很小，使得电源的寿命衰减不一致，为了提高可靠性，必须使各电源的输出电流分配均衡。在本系统中采用主从方式均流，系统中设置一个主控制器，主控制器根据总设定电流的要求分配给各电源一个电流参考信号，用来控制各个电源的输出电流，由于每个电流的电流参考信号都相等，因此输出电流也都相等。

采用功率冗余技术，开关电源采用N+1个电源并联构成的电源向负载供电，每个电源的功率为负载所需功率的1/N，当某一组电源发生故障时，供电并不中断，仅仅是最大供电能力有所下降，不会严重影响负载的正常工作。

采用平均电流模式控制，其基本思想是在输出电压闭环的控制系统中，增加了电流反馈控制，电流模式控制的引入给开关电源的控制性能带来了一次革命性的飞跃。平均电流模式控制采用PI调节器作为电流调节器，并将调节器输出的控制量与锯齿波信号相比较，得到周期固定、占空比变化的PWM信号，用以控制开关的通与断。电流模式控制有以下几个优点：系统的稳定性增强，系统动态特性改善，具有快速限制电流的能力。

由于受开关器件、磁性材料的性能限制，单组开关电源的功率以25kW为宜，开关电源的工作频率为20kHz，电源的开关器件采用IGBT，变压器采用纳米晶磁性材料，电抗器采用非晶材料，冷却方式为强制风冷。单组电源包括整流二极管、电容、IGBT、高频变压器、高频整流二极管、电抗器、散热器、冷却风机、保护控制驱动电路。

对单组电源采用模块化设计技术，每个模块的体积、输入输出接口都完全相同，便于电源模块的更换和维修。

本实用新型的有益效果是：

由于电源的开关器件采用IGBT代替可控硅，可以使电源的工作频率由工频提高到20kHz以上，工作频率提高了400倍以上，由于电源工作频率的提高，可以使电源的体积减小，重量减轻；

由于采用高频逆变技术，变压器的工作频率大大提高，使变压器和电抗器的体积和重量大大减小，从而使变压器和电抗器的损耗(包括铁耗和铜耗)比工频时小很多；

由于电源工作频率的提高，控制周期由可控硅整流电路的毫秒级提高到微秒级，动态响应迅速；

由于电源的动态响应迅速，可以使电源适应于非接触高频引弧、触针引弧、接触引弧等各种引弧方式；

由于采用功率冗余技术，整套电源的可靠性得到大幅度提高；

由于采用多组并联工作方式，开关电源在需要扩展功率时，只要增加相应数量的单组模块，然后对主控器进行设定即可实现扩展。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的控制原理框图。

图2是本实用新型的单组模块控制原理框图。

图3是本实用新型的单组模块的电路原理图。

图中1.交流输入，2.整流二极管，3.电容，4.IGBT，5.高频变压器，6.高频整流极管，7.电抗器，8.等离子弧。

具体实施方式

参照图1.本实用新型的等离子点火大功率开关电源的工作过程如下：

人工设定等离子电源的工作电流，设定的电流信号经过主控制器，分配到各独立的电源模块，电源模块接收到电流信号以后，按照分配的信号输出电流，最后通过并联输出正常的工作电流。

参照图2，本实用新型的等离子点火大功率开关电源的单组电源的工作过程如下：

主控制器输出的电流信号作为设定信号，和单组的输出电流信号进行比较，输出一个误差信号，指示本组实际输出电流和分配到本组电流的差别，进入PID调节器进行运算，输出一个控制信号，送PWM电路，PWM电路根据控制信号产生相应的脉冲宽度，以调节IGBT输出，使本组输出电流和分配到的电流相等。

单组电源模块设有检测电路和保护电路，对电压信号、温度信号、电流信号进行检测，并和IGBT错误信号一起，产生一个故障信号，封锁PWM输出。在不发生任何故障时，启动信号加在PWM控制端，允许PWM输出。

参照图3，本实用新型的等离子点火大功率开关电源的单组电源的电路原理如下：

三相交流输入(1)经6个整流二极管(2)整流和电容(3)滤波后变成直流，再由4个IGBT(4)组成的全桥电路逆变器逆变成高频交流方波脉冲电压。逆变器输出经高频变压器(5)隔离并变换成合适的交流电压，经过4个高频整流二极管(6)整流和电抗器(7)滤波变成所需要的直流输出电压，提供给等离子弧(8)。

Claims (5)

1.一种等离子点火大功率开关电源，由整流器件、变压器、开关器件、电抗器等组成，为燃煤锅炉上直接点燃煤粉的等离子发生器提供直流电源，其特征是：开关器件采用IGBT代替可控硅，电源的工作频率由工频提高到20kHz以上；采用N+1个开关电源多组并联的方式向负载供电，输出300V以上高电压，300A以上大电流，每个电源的功率为负载所需功率的1/N。

2.根据权利要求1所述的等离子点火大功率开关电源，其特征是：采用主从方式均流，电源系统设置一个主控制器，主控制器根据总设定电流分配给各单组电源一个电流参考信号，控制单组电源的输出电流，每个电源的电流参考信号都相等，输出电流也都相等。

3.根据权利要求1所述的等离子点火大功率开关电源，其特征是：单组电源采用平均电流模式控制，在输出电压闭环的控制系统中，增加了电流反馈控制；平均电流模式控制采用PI调节器作为电流调节器，并将调节器输出的控制量与锯齿波信号相比较，得到周期固定、占空比变化的PWM信号，用以控制开关的通与断。

4.根据权利要求1所述的等离子点火大功率开关电源，其特征是：单组电源由整流二极管(2)、电容(3)、IGBT(4)、高频变压器(5)、高频整流二极管(6)、电抗器(7)、保护控制驱动电路顺序电连接构成，三相交流经6个整流二极管整流和电容滤波后变成直流，再由4个IGBT组成的全桥电路逆变器逆变成高频交流方波脉冲电压，逆变器输出经高频变压器隔离并变换成合适的交流电压，经过4个高频整流二极管整流和电抗器滤波变成所需要的直流输出电压，提供给等离子弧。

5.根据权利要求1所述的等离子点火大功率开关电源，其特征是：单组电源采用模块化设计，每个模块的体积、输入输出接口完全相同，扩展容易。

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